SU1712762A1 - Теплообменник - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к теплообмен- ным аппаратам, примен емым дл  обмена тепловой энергией между жидкостью и газом или воздухом, конкретнее к радиаторам транспортных средств и стационарных установок, и может использоватьс  в отрасл х энергетического, и транспортного машиностроени . Цель изобретени  - повышение интенсификации теплообмена. Теплообменник содержит пучки (П) 1 и 2 вертикальных труб 3, снабженных общим оребрением в виде пластин 4. Трубы 3 П 1 и 2 установлены в трубных досках 5, скрепленных с коллекторами 6. Пластины 4 образуют плоские каналы (К) 7 и 8 посто нного по длине поперечного сечени . При этом пластины 4 в каждом П 1 и 2 расположены с переменным шагом айв, чередующимс  по длине труб 3, а отношение поперечных соседних К 7 и 8 в каждом П 1 и 2 составл ет 1:3, причем К 8 меньшего сечени  расположены соосно К 7 большего сечени  другого пучка, что позвол ет разбивать воздушный поток, выход щий из П 1, пластинами на мелкие струйки, взаимодействующие между собой перед фронтом последующих пучков и тем самым достичь разрушени  пограничного сло  в К 7 и 8. 2 ил.(Лсczю VJо ю

Description

Изобретение относитс  к теплообменным аппаратам, примен емым дл  обмена тепловой энергией между жидкостью и газом или воздухом, конкретнее к радиаторам транспортных средств и стационарных установок , и может использоватьс  в отрасл х энергетического и транспортного машиностроени .

Известен теплообменник, содержащий пучки вертикальных труб, снабженных общим оребрением в виде пластин, образующих плоские каналы посто нного по длине поперечного сечени ,

В св зи с тем, что смежные пластины образуют плоские каналы посто нного по длине поперечного сечени , то воздушный поток, проход  по каналам каждого пучка вертикальных труб, не встречает на своем пути разрушение  дра струи на элементарные струи при входе потока в последующие пучки труб. В св зи с этим разрушение пограничного сло  в этих каналах не достигаетс , что в целом снижает турбулизацию воздушного потока, и, как следствие, приводит к снижению интенсификации теплообмена .

Известен также теплообменник, содержащий секции,собранные из двух одинаковых пучков вертикальных труб, снабженных общим оребрением в виде пластин с одинаковым шагом, Образующих плоские каналы посто нного по длине поперечного сечени .

В бв зи с тем, что секции выполнены из двух одинаковых пучков вертикальныхтруб, снабженных общим оребрением в виде пластин с одинаковым шагом, образующих плоские каналы посто нного поперечного сечени  по длине, то это обсто тельство не дает возможности распространить эффект высокой теплопередачи перед фронтом последующих пучков труб, а также по глубине их каналов, так как воздушный поток, проход  по каналам каждого пучка, не встречает на своем пути разрушение пограничного сло  в этих каналах, что в целом снижает турбулизацию воздушного потока, и, как следствие, приводит к снижению интенсификации теплообмена.

Наиболее близкимпо технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому решению  вл етс  теплообменник, содержащий пучки вертикальных труб, снабженных общим оребрением в виде пластин , образующих плоские каналы посто нного по длине поперечного сечени ,

В этом теплообменнике между пучками вертикальных труб размещена дополнительно гофрированна  сетка, котора  уменьшает проходное сечение каналов перед входом воздушного потока в последующие каналы второго пучка труб, что ведет к увеличению аэродинамического сопротивлени  на 15 - 17%, уменьшению массовой

скорости воздуха, просасываемого через последующие пучки труб, и тем самым к снижению числа Рейнольдса пропорционально скорости движени  воздуха, что приводит к снижению турбулизации потока

0 и, как следствие, снижает коэффициент теплопередачи на 8 - 10%. С другой стороны, в таком теплообменнике при неизменном подводе мощности на мотор-вентил тор снижаетс  расход воздуха, просасываемого

5 через пучки труб, а, чтобы повысить интенсивность теплообменника, необходимо увеличить мощность мотор-вентил торов пропорционально величине его аэродинамического сопротивлени  (гофрированной

0 сетке). Кроме того, в этом теплообменнике струи воздушного потока при прохождении в каналах по глубине пучка труб не разрушают пограничного сло  в каналах. Это обсто тельство снижает также турбулизацию

5 воздушного потока в каналах и приводит в целом к снижению интенсификации теплообмена .

Цель изобретени  - повышение интенсификации теплообмена.

0Указанна  цель достигаетс  тем, что в

теплообменике, состо щем из пучков труб, снабженных оребрением в виде пластин, образующих плоские каналы посто нного по длине поперечного сечени , пластины в

5 каждом пучке расположены с переменным шагом, чередующи1у с  по длине труб, а отношение поперечных сечений соседних каналов в пучке составл ет 1:3, причем каналы меньшего сечени  расположены соосно ка0 налам большего сечени  другого пучка.

Благодар  тому, что пластины в каждом пучке расположены с переменным шагом, чередующимс  по длине труб, а отношение поперечных сечений соседних каналов в

5 пучке составл ет 1:3, при этом каналы меньшего сечени  расположены соосно каналам большего сечени  другого пучка, на входе в последующий пучок вертикальных труб воздушный поток разбиваетс  пластинами на

0 мелкие струйки и течение его по каналам сопровождаетс  следующим процессом. Так, при истечении потока из канала меньшего сечени  первого по ходу воздуха пучка труб поток входит в канал большего

5 сечени  следующего пучка труб по его центральной части, а по его периферийной части направл ютс  потоки из каналов большего сечени , охватывающих канал меньшего сечени  по ходу воздуха пучка труб. В св зи с этим происходит разрушение пограничного сло  в канале большего сечени  следующего пучка труб, что вызывает дополнительную турбулизацию в его канале из-за взаимодействи  центрального и периферийного потоков, что способствует увеличению тепловой эффективности теплообменника и приводит к интенсификации теплообмена.

При истечении потока из смежного канала большего сечени  по ходу воздуха пучка труб часть потока входит в канал меньшего сечени  следующего пучка труб, а друга  часть его направл етс  в канал большего сечени , охватывающих канал меньшего сечени  следующего пучка труб. В св зи с этим течение воздушной средына входе в канал как большего, так и меньшего сечени  следующего пучка труб вызывает разрушение пограничного сло  в каналах из-за взаимодействи  этих потоков. Это способствует увеличению турбулизации воздушного потока в смежных каналах иприводит к интенсификации теплообмена в целом.

Благодар  тому, что каналы меньшего сечени  расположены соосно и выполнены с соотношением размеров в поперечном сечении , равным 1:3, и их выпускные и впускные кромки в cooтвetcтвyющиx каналах пучка труб расположены напротив друг друга , при истечении воздушной среды из каналов первого пучка по ходу воздуха в соосные каналы последующего пучка труб достигаетс  выравнивание расходов воздуха и скоростей по всему сечению каналов, что спосрбствует снижению аэродинамического сопротивлени .

Так, при истечении потока воздуха из канала меньшего сечени , расположенного против канала большего сечени  другого пучка труб, в последний втекает по оси его 1/3 часть расхода воздуха, а через периферию его канала втекает также по 1 /3 части потока воздуха из каналов большего сечени , охватывающих указанный канал меньшего сечени .

При истечении потока воздуха из канала большего сечени , расположенного против канала меньшего сечени , и части каналов большего сечени  другого пучка труб, в последни / втекает по оси его 1/3 часть расхода воздуха, а по периферии каналов большего сечени , охватывающих указанный канал меньшего сечени , втекает по 1 /3 части расхода воздуха. Это обсто тельство приводит к тому, что по глубине и высоте последующих пучков обеспечиваетс  равномерное разрушение пограничного сло  в каждом его канале, что в целом

рационально способствует интенсификации теплообмена.

При изменении соотношени  поперечных сечений каналов в сторону их увеличени  или уменьшени  снижаютс  оптимальные характеристики теплообменника , так как изменение поперечных сечений каналов создает в первую очередь неравномерность распределени  расходов воздуха по каналам, что вызывает неравномерность разбиени  пластинами потока воздуха и приводит к неравномерности турбулизации потоков в каналах, что в целом снижает тепловую эффективность теплообменника и приводит к снижению эффективности интенсификации теплообмена.

Так, например, при соотношении поперечных сечений каналов 1:2 не обеспечиваетс  выравнивание расходов воздуха и скоростей по сечению каналов, так как при истечении потока воздуха из канала большего сечени , расположенного против канала меньшего сечени  другого пучка труб, в последний втекает по оси его 1/2 часть расхода воздуха, а по периферии каналов большего сечени , охватывающих указанный канал меньшего сечени , втекает по 1/4 части расхода воздуха. При истечении потока из канала меньшего сечени , расположенного против канала большего сечени  другого пучка труб, в последний втекает по оси его 1 /2 часть расхода воздуха, а через периферию его канала втекает также по 1 /4 части потока воздуха из каналов большего сечени , охватывающих указанный канал меньшего сечени .

Это приводит к тому, что по глубине и высоте последующего пучка труб не обеспечиваетс  равномерное разрушение пограничного сло  в каждом ее канале. Это в целом снижает интенсификацию теплообмена .

При соотношении поперечный сечений каналов 1:4 также не обеспечиваетс  выравнивание расходов и скоростей по сечению каналов, так как при истечении потока воздуха из канала большего , расположенного против канала меньшего сечени  другого пучка труб, в последний втекает по оси его 1/4 часть расхода воздуха, а по периферии каналов большего сечени , охватывающих указанный канал меньшего сечени , втекает по 3/8 части расхода воздуха . При истечении потока воздуха из смежного канала меньшего сечени , расположенного против канала большего сечени  другого пучка, в последний втекает по его оси 1 /4 часть расхода воздуха, а через периферию его канала втекает по 3/8 части потока воздуха из каналов большего сечени .

охватывающих указанный канал меньшего сечени . Это также приводит к тому, что по глубине и высоте последующего пучка не обеспечиваетс  равномерное разрушение пограничного сло  в каждом ее канале, что в целом снижает интенсификацию теплообмена.

Таким образом, благодар  отношению поперечных сечений соседних каналов в пучке 1:3 и описанному расположению каналов большего и меньшего сечений в пучках обеспечиваетс  в последующих пучках равномерное перераспределение расходов потока по всем каналам как по высоте, так и по глубине пучка. Это позвол ет одновременно сохранить одинаковую скорость истечени  воздушного потока как на входе, так и на выходе из последующих пучков труб за счет неизменного сечени  самих каналов, что, в свою очередь, снижает аэродинамическое сопротивление воздушному потоку.

В целом разделение потока воздуха в каналах при входе во второй пучок труб на три части (при соотношении поперечных сечений 1 /3) ведет к разрушению пограничного сло  воздуха по всей длине ка.налов более эффективно. Этому способствует то обсто тельство, что при входе потока воздуха во второй пучок труб в каналах, например , большего сечени , образуютс  при истечении потока воздуха за выпускной кромкой каналов первого пучка одновременно три  дра струи. Одно из них размещено по оси канала, а два других охватывающие среднее  дро струи, что способствует интенсивному взаимодействию самих  дер струй между С0(бой, интенсивному взаимодействию этих потоков между собой по длине каналов и интенсивному вихреобразованию потоков непосредственно у всех стенок каналов, что в целом повышает интенсификацию теплообмена.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что предлагаемое устройство отличаетс  тем, что пластины в каждом пучке расположены с переменным шагом, чередующимс  по длине труб, а отношение поперечных сечений соседних каналов в пучке составл ет 1:3, причем каналы меньшего сечени  расположены соосно каналам большего сечени  другого пучка.

Нафиг.1 изображен теплообменник, общий вид; на фиг.2 - узел I на фиг. 1, расположение пластин в пучках труб.

Теплообменник содержит пучки 1 и 2 вертикальных труб 3, снабженных общим оре рением в виде пластин 4.

Трубы 3 пучков 1 и 2 установлены в трубных досках 5, скрепленных с коллекторами 6. Пластины 4 образуют плоские каналы 7 и 8 посто нного по длине поперечного сечени . При этом пластины 4 в каждом пучке 1 и 2 расположены с переменным шагом а и Ь, чередующимс  по длине труб 3, а отношение поперечных сечений соседних каналов 7 и 8 в пучке составл ет 1:3. При этом каналы 8 меньшего сечени  расположены соосно каналам 7 большего сечени  другого пучка.

Теплообменник работает следующим образом.

Охлаждаема  вода направл етс  через коллектор 6 в трубы 3, вмонтированные в трубные доски 5 пучков 1 и 2, и выходит через коллектор 6, расположенный на противоположных концах пучков 1 и 2 (фиг.1). Охлаждающий атмосферный воздух проходит по воздушным каналам 7 и 8, образованным трубами 3 и смежными парными пластинами 4, установленными в каждом пучке 1 и 2 с чередующимис  по ширине шагом а и b (фиг.2). Пройд  первый пучок 1, охлаждающий поток воздуха поступает во второй пучок 2, где воздушный поток на входе разбиваетс  пластинами 4 на мел.кие струйки и тем самым разрушаетс  пограничный слой в каналах 7 и 8, что интенсифицирует теплообмен во втором пучке 2.

Технико-экономические преимущества предлагаемого теплообменника выражаютс  в повышении интенсификации теплообмена за счет дополнительной принудительной турбулизации потока воздуха на входе во второй пучок 2 без значительного увеличени  аэродинамического сопротивлени .

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Теплообменник, содержащий пучки вертикальных труб, снабженных общим оребрением в виде пластин, образующих плоские каналы посто нного по длине поперечного сечени , отличающийс  тем, что, с целью интенсификации теплообмена, пластины в каждом пучке расположены с переменным шагом, чередующимс  по длине труб, а отношение поперечных сечений соседних каналов в пучке составл ет 1:3, причем каналы меньшего сечени  расположены соосно каналам большего сечени  другого пучка.

   Фи7..2